KR101581604B1 - Laser welding position-detecting device and welding position-detecting method - Google Patents
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Abstract
본 발명의 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치는, 용접 강관 (1) 에 용접용 레이저 (3) 를 조사한 조사부 (4) 및 그 주위의 용접재를 소정 시간 간격을 두고 촬상하는 촬상 장치 (5) 와, 촬상 장치 (5) 에 의해 취득한 2 장 이상의 화상으로부터 그 화상의 각 점이 평행 이동한 방향 및 양을 산출하는 화상 처리를 실시함으로써, 용접용 레이저 (3) 를 조사한 조사부 (4) 의 위치를 특정하는 화상 처리 장치 (6) 와, 화상 처리 장치 (6) 에 의해 특정된 용접용 레이저를 조사한 조사부의 위치를 표시하는 표시 장치 (7) 를 구비한다.The welding position detecting device for laser welding according to the present invention comprises an irradiating part 4 irradiating a welding laser beam 3 to a welded steel pipe 1 and an imaging device 5 for imaging the welding material around the welding part at predetermined time intervals , Image processing is performed to calculate the direction and amount of parallel movement of each point of the image from two or more images acquired by the imaging device 5 to specify the position of the irradiation unit 4 irradiated with the laser 3 for welding , And a display device (7) for displaying the position of the irradiating part irradiated with the welding laser specified by the image processing device (6).
Description
본 발명은, 용접재 (welding material) 의 맞댐부 (심부) (seam) 를 레이저 광을 열원 (concentrated heat source) 으로 하여 용접하는 레이저 용접 (laser beam welding) 의 용접 위치 검출 장치 및 용접 위치 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a welding position detecting device and a welding position detecting device for laser beam welding in which a weld seam is welded with a laser heat as a concentrated heat source .
용접 강관 (welded steel pipe) 의 제조 방법의 하나로서, 강대 등을 연속적으로 공급하여 원통상 (cylindrical) 으로 정형하면서, 그 양 가장자리를 맞대어 용접하여 강관 제품을 제조하는 제조 공정이 있다. 이 제조 공정에 있어서의 용접 방법으로는 전기 저항 용접 (ERW 법) 이 많이 사용되고 있었지만, 최근에는, 레이저 광을 열원으로서 사용하는 레이저 용접법이 이용되도록 되고 있다. 반도체 여기 레이저 (semiconductor laser) 및 화이버 레이저 (Fiber laser) 등의 발진 파장이 종래의 기체 발진의 레이저 (Gas laser) 보다 짧은 레이저 용접기가 개발됨으로써, 레이저 용접법에 있어서의 용접시에 증기화된 피용접 금속과 레이저의 상호 작용에 의한 플라즈마의 발생 등에 의한 효율 저하가 발생하기 어려워지고 있다. 그 결과, 레이저 용접법의 이용이 점점 확산되고 있다.As a method of manufacturing a welded steel pipe, there is a manufacturing process in which a steel pipe is continuously supplied to form a cylindrical shape, and both ends of the steel pipe are welded together to manufacture a steel pipe product. Electric resistance welding (ERW method) has been widely used as a welding method in this manufacturing process, but in recent years, a laser welding method using laser light as a heat source has been used. A laser welding machine in which the oscillation wavelength of a semiconductor excitation laser such as a semiconductor laser and a fiber laser is shorter than that of a conventional gas oscillation laser is developed, It is difficult to reduce the efficiency due to the generation of plasma due to the interaction between the metal and the laser. As a result, the use of the laser welding method is increasingly diffused.
그런데 이 레이저 용접법에서는, 레이저의 조사 위치 (irradiation point) 가 항상 맞댐부에 닿도록, 정확한 위치 맞춤이 필요하다. 그러나, 강대의 연속적인 정형 공정에서는, 제조 라인의 조건이나 입열의 조건 등에 의해, 강대의 맞댐 위치가 변동하기 쉽다. 따라서, 레이저 광의 조사 위치를 적확하게 제어하기 위해, 레이저 용접부에 있어서의 레이저의 조사 위치를 연속적으로 검출하는 방법의 개발 검토가 종래부터 실시되어 왔다.However, in this laser welding method, precise alignment is required so that the irradiation point of the laser always comes into contact with the abutted portion. However, in the continuous shaping process of the steel strip, the abutting position of the steel strip is liable to fluctuate depending on the conditions of the manufacturing line and the heat input conditions. Therefore, in order to accurately control the irradiation position of the laser beam, development of a method of continuously detecting the irradiation position of the laser beam in the laser welding section has been studied.
레이저 용접의 용접 위치 검출 방법으로는, 용접부 (레이저 광 조사부의 근방) 를 텔레비전 카메라로 직접 관찰하여, 맞댐부 및 용융지의 중심 위치를 검출하는 방법이 알려져 있다 (특허문헌 1 참조). 이 용접 위치 검출 방법에서는, 용접부에 외부 조명으로부터의 조명이 조사되어, 맞댐부는 어둡게 관찰되지만 용융지는 밝게 관찰되도록 외부 조명의 위치를 설계하고, 관찰 화상의 휘도 패턴을 2 치화하여, 맞댐부 및 용융지의 중심 위치의 위치를 검출하고 있다.As a welding position detection method of laser welding, there is known a method of directly observing a welded portion (near the laser light irradiated portion) with a television camera to detect the center position of the butted portion and the melting paper (see Patent Document 1). In this welding position detecting method, the position of the external illumination is designed so that the welded portion is irradiated with the illumination from the external illumination and the butted portion is observed darkly but the melt is observed brightly, the brightness pattern of the observed image is binarized, The position of the center position of the paper is detected.
또, 용접부 (레이저 광 조사부의 근방) 에 조사한 광의 반사광과 플라즈마로부터 발생하는 광을 촬상 장치 (imaging device) 에 의해 촬상하고, 촬상된 화상 (image) 중에서 주변보다 휘도가 높은 부분을 레이저 조사 위치로서 판정하는 레이저 용접의 용접 위치 검출 방법도 알려져 있다 (특허문헌 2 참조).The imaging device captures the light reflected from the welded portion (near the laser light irradiating portion) and the plasma generated from the plasma, and a portion of the picked-up image that has a higher luminance than the surrounding portion is referred to as a laser irradiated position (Refer to Patent Document 2).
그러나, 용접재의 맞댐부는, 용접재의 맞댐부의 에지 형상의 변동이나 에지부의 오염 등에 의해 반드시 좌우 대칭으로 되어 있지는 않고, 게다가 용접재의 표면 성상에 의해 반사율도 상이하다. 따라서, 관찰 화상의 휘도 패턴을 2 치화한 것만으로는, 안정적인 용접 위치의 검출은 곤란하다. 또, 용융지의 형상에 대해서도, 좌우 대칭 형상으로 되어 있지는 않으므로, 용융지의 2 치화 화상을 사용한 용접 위치 검출 방법으로는 충분한 검출 정밀도가 얻어지지 않는다.However, the abutting portion of the welding material is not necessarily symmetrical due to the edge shape of the abutting portion of the welded material, the edge portion is contaminated, and the reflectance differs depending on the surface properties of the welding material. Therefore, it is difficult to stably detect the welding position only by binarizing the luminance pattern of the observed image. In addition, the shape of the fusing paper is not symmetrical, so that a sufficient detection precision can not be obtained with the welding position detection method using a binary image of the fusing paper.
또, 플라즈마는 레이저의 조사 위치로부터 자욱이 끼는 금속 증기 (metallic vapor) 와 레이저 광의 상호 작용에 의해 발광하는 것이므로, 플라즈마의 발광 위치와 레이저의 조사 위치가 정확하게는 일치하지 않고, 또 플라즈마의 발광 위치도 일정한 범위를 갖는 영역이 된다. 따라서, 플라즈마의 발광 위치를 검출하여 2 치화나 중심 연산 등의 화상 처리 (image processing) 를 실시해도, 플라즈마의 발광 위치에서는 레이저 조사 위치의 대표로서 정밀도가 부족하다. 또, 최근의 레이저 용접에서는, 원래 플라즈마의 발생량이 적어지고 있어, 화상에 의한 플라즈마 검지가 곤란해지고 있다는 문제점이 있다.Further, since the plasma is emitted by the interaction of the laser beam with the metallic vapor which is caught from the irradiation position of the laser, the emission position of the plasma and the emission position of the laser do not exactly coincide with each other, It becomes a region having a constant range. Therefore, even if image processing such as binarization or central arithmetic is performed by detecting the emission position of the plasma, the accuracy as a representative of the laser irradiation position is insufficient at the emission position of the plasma. Further, in the recent laser welding, the amount of plasma is originally reduced, which makes it difficult to detect plasma by an image.
또, 촬상된 화상의 휘도 산출에 의한 레이저의 조사 위치의 검출 방법에서는, 촬상된 화상 중에 있어서 레이저의 조사 위치의 휘도가 최대라는 전제가 놓여져 있지만, 현실적으로는 강판 표면의 난반사 등이 외란이 되므로, 촬상된 화상 중에 있어서 레이저의 조사 위치의 휘도가 최대가 된다고는 할 수 없다. 요컨대, 촬상된 화상 중에 있어서 레이저의 조사 위치의 휘도가 최대라는 전제 자체가 신뢰성이 부족하다.In the method of detecting the irradiation position of the laser by the luminance calculation of the captured image, although the premise that the luminance of the irradiated position of the laser is the maximum in the captured image is placed, the diffuse reflection on the surface of the steel plate, The brightness of the irradiation position of the laser in the picked-up image can not be maximized. That is, the premise that the luminance of the irradiated position of the laser is the maximum in the picked-up image is not reliable.
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 촬상된 화상 중에 있어서 레이저의 조사 위치의 휘도가 최대라는 전제를 두지 않고, 신뢰도가 높은 레이저 용접의 용접 위치의 검출을 할 수 있는 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치 및 용접 위치 검출 방법을 제공하는 것에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a laser welding method capable of detecting a welding position of laser welding with high reliability, without assuming that the luminance of the irradiated position of the laser is maximum in the picked- A welding position detecting device and a welding position detecting method.
상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치는, 용접재에 용접용 레이저 (welding laser) 를 조사한 (irradiate) 조사부 및 그 주위의 용접재를 소정 시간 간격을 두고 촬상하는 촬상 장치와, 상기 촬상 장치에 의해 취득한 2 장 이상의 화상으로부터 그 화상의 각 점이 평행 이동 (parallel transition) 한 방향 및 양을 산출하는 화상 처리를 실시함으로써, 상기 용접용 레이저를 조사한 조사부의 위치를 특정하는 화상 처리 장치 (image processing apparatus) 와, 상기 화상 처리 장치에 의해 특정된 상기 용접용 레이저를 조사한 조사부의 위치를 표시하는 표시 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-described problems and to achieve the object, a welding position detecting apparatus for laser welding according to the present invention is characterized in that an irradiation section irradiating a welding laser to a welding material, By performing image processing for calculating a direction and an amount in which each point of the image is parallel transitioned from two or more images acquired by the image pickup device at a predetermined time interval, And a display device for displaying the position of the irradiation part irradiated with the welding laser specified by the image processing device.
상기 서술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 방법은, 용접재에 용접용 레이저를 조사한 조사부 및 그 주위의 용접재를 소정 시간 간격을 두고 촬상하는 촬상 단계와, 상기 촬상 단계에 의해 취득한 2 장 이상의 화상으로부터 그 화상의 각 점이 평행 이동한 방향 및 양을 산출하는 화상 처리를 실시함으로써, 상기 용접용 레이저를 조사한 조사부의 위치를 특정하는 화상 처리 단계와, 상기 화상 처리 단계에 의해 특정된 상기 용접용 레이저를 조사한 조사부의 위치를 표시하는 표시 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above-described problems and to achieve the object, a welding position detection method of laser welding according to the present invention is a method of detecting a welding position by irradiating a laser beam onto a welding material and a welding material therearound at predetermined time intervals And an image processing step of specifying the position of the irradiation part irradiated with the welding laser by performing image processing for calculating the direction and amount of parallel movement of each point of the image from two or more images acquired by the imaging step And a display step of displaying the position of the irradiation part irradiated with the welding laser specified by the image processing step.
본 발명에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치 및 용접 위치 검출 방법에 의하면, 촬상된 화상 중에 있어서 레이저의 조사 위치의 휘도가 최대라는 전제를 두지 않고, 신뢰도가 높은 레이저 용접의 용접 위치의 검출을 할 수 있다는 효과를 발휘한다.According to the welding position detecting device and the welding position detecting method of laser welding according to the present invention, it is possible to detect the welding position of the laser welding with high reliability, without assuming that the luminance of the irradiated position of the laser is the maximum in the captured image The effect can be demonstrated.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2 는, 화상 처리 장치가 실시하는 처리를 설명하는 기능 블록도이다.
도 3 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 4 는, 실제의 강관에 있어서의 용접용 레이저의 조사부 및 그 주변을 촬상한 화상이다.
도 5 는, 실제의 강관에 있어서의 용접용 레이저의 조사부 및 그 주변을 촬상한 화상이다.
도 6 은, 도 5 에 나타내는 화상에 옵티컬 플로우 분포를 중첩하여 표시한 도면이다.
도 7 은, 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분의 크기를 농담 분포로 나타낸 개요도이다.
도 8 은, 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분과 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분의 전체 평균으로부터 산출된 평균 편차도의 개요도이다.
도 9 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치를 나타내는 구성도이다.
도 10 은, 강관의 용접부의 발광 스펙트럼을 실측한 광 강도의 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a welding position detecting device for laser welding according to a first embodiment of the present invention; FIG.
2 is a functional block diagram for explaining processing performed by the image processing apparatus.
3 is a flowchart showing a welding position detection method of laser welding according to the first embodiment of the present invention.
Fig. 4 is an image of an irradiation part of a welding laser and its periphery in an actual steel pipe.
Fig. 5 is an image of an irradiated portion of a welding laser in an actual steel pipe and its periphery.
Fig. 6 is a diagram showing an optical flow distribution superimposed on the image shown in Fig. 5. Fig.
Fig. 7 is a schematic diagram showing the magnitude of the vertical component of the optical flow distribution as a distribution of shading.
8 is a schematic diagram of an average deviation degree calculated from the average of the vertical component of the optical flow distribution and the average of the vertical components of the optical flow distribution.
9 is a configuration diagram showing a welding position detecting device for laser welding according to a second embodiment of the present invention.
10 is a graph of light intensity obtained by measuring the emission spectrum of a welded portion of a steel pipe.
이하에, 본 발명의 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치 및 용접 위치 검출 방법을 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 용접 강관의 제조 공정에 있어서의 용접의 예에 기초하여 본 발명의 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치 및 용접 위치 검출 방법을 설명하지만, 용접 강관의 제조 공정에 있어서의 용접에 한정되지 않고 용접재를 연속적으로 공급하면서 맞댐부를 용접하여 제조하는 제조 공정에 있어서는, 본 발명을 적절히 실시하는 것이 가능하다.Hereinafter, a welding position detecting apparatus and a welding position detecting method for laser welding according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the welding position detecting device and the welding position detecting method for laser welding according to the embodiment of the present invention will be described based on an example of welding in the manufacturing process of the welded steel pipe, But the present invention can be suitably carried out in a manufacturing process for manufacturing the welded portion by welding while continuously supplying the welding material.
[제 1 실시형태의 용접 위치 검출 장치][Welding Position Detection Apparatus of First Embodiment]
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치를 나타내는 구성도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치는, 용접 강관 (1) 의 맞댐부 (2) 에 용접용 레이저 (3) 를 조사한 조사부 (4) 및 그 주위를 촬상하는 촬상 장치 (5) 와, 촬상 장치 (5) 에 의해 취득된 촬상 신호로부터 화상을 합성하여 화상 처리를 실시하는 화상 처리 장치 (6) 와, 화상 처리 장치 (6) 에 의해 화상 처리가 실시된 화상을 표시하는 표시 장치 (7) 를 구비한다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a welding position detecting device for laser welding according to a first embodiment of the present invention; FIG. 1, the welding position detecting device for laser welding according to the first embodiment of the present invention includes an irradiating portion 4 irradiating a welding laser 3 onto a
도 1 에 나타내는 용접 강관 (1) 은, 강판이 정형 수단에 의해 폭방향으로 오목형으로 정형되는 공정을 거쳐, 최종적으로 원통형으로 정형된 상태로 강판의 양 가장자리가 레이저 용접된 것이다. 즉, 용접 강관 (1) 의 맞댐부 (2) 는, 강판의 양 가장자리가 맞대어진 것이다.The welded steel pipe 1 shown in Fig. 1 is obtained by laser-welding both edges of a steel sheet in a state of finally shaping into a cylindrical shape after a step of shaping the steel sheet into a concave shape in the width direction by the shaping means. That is, the
용접용 레이저 (3) 는, 레이저 발진기로부터 발진된 레이저를 미러 등을 조합한 전송 튜브 또는 광 화이버 등의 전송계로 조사부 (4) 에 전송한 것이다. 물론, 용접용 레이저 (3) 는, 조사부 (4) 에 있어서 에너지 밀도가 높아지도록 필요에 따라 오목 면경이나 볼록 렌즈 등의 광학계에 의해 집광되는 것이 바람직하다.The welding laser 3 is a laser beam emitted from a laser oscillator, which is transmitted to the irradiation unit 4 through a transmission system such as a transmission tube or optical fiber combined with a mirror or the like. Of course, it is preferable that the welding laser 3 is condensed by an optical system such as a concave mirror or a convex lens, if necessary, so that the energy density of the irradiation part 4 is high.
촬상 장치 (5) 에는, CCD 카메라 또는 CMOS 카메라 등의 공업 감시용 카메라로서 일반적으로 유통되고 있는 카메라가 사용된다. 촬상 장치 (5) 는, 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 및 그 주변 5 ㎜ 내지 20 ㎜ 사방 정도의 범위를 촬상할 수 있도록, 촬상 장치 (5) 의 대물 렌즈 등의 배율을 선정하여 설치된다. 또한, 설명의 편의상, 촬상 장치 (5) 의 시야의 방향은, 용접 강관 (1) 의 길이 방향 (반송 방향 (travel direction)) 을 시야의 수직 방향으로 하고, 용접 강관 (1) 의 원주 방향을 시야의 수평 방향으로 정한다. 용접용 레이저 (3) 의 조사 위치를 용접 강관 (1) 의 길이 방향으로 이동시키는 경우가 없으면, 촬상 장치 (5) 의 수직 방향의 시야는 적합 범위의 하한 (5 ㎜) 정도로도 본 발명을 적절히 실시하는 것이 가능하지만, 후술하는 옵티컬 플로우 연산을 위해서 연속되는 2 장의 화상에는 시야 내에 동일 지점이 오버랩되어 촬영되는 것이 필요하고, 바람직하게는 반송 방향의 시야의 절반 이상이 오버랩되도록 광학 배율과 촬상 주기를 설정하는 것이 좋다.As the
화상 처리 장치 (6) 는, 촬상 장치 (5) 가 취득한 화상 신호를 화상화하고, 후술하는 옵티컬 플로우 분포를 산출하고, 그 옵티컬 플로우 분포에 기초하여 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 중심 위치를 특정한다. 또한, 화상 처리 장치 (6) 는, 표시 장치 (7) 에 산출된 조사부 (4) 의 중심 위치를 표시함과 함께, 별도의 레이저 조사 위치 구동 장치에 조사부 (4) 의 중심 위치의 정보를 출력한다.The
[옵티컬 플로우][Optical Flow]
여기서, 화상 처리 장치 (6) 가 산출하는 옵티컬 플로우 분포에 대한 설명을 실시한다.Here, the optical flow distribution calculated by the
용접 강관 (1) 의 맞댐부 (2) 를, 시야를 고정시킨 촬상 장치 (5) 로 연속적으로 관찰하면, 촬상 장치 (5) 의 시야 중의 용접 강관 (1) 은 반송 방향으로 거의 균일하게 평행 이동하고, 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 는, 용접 강관 (1) 과는 상이한 거동을 나타낸다. 따라서, 용접 강관 (1) 의 맞댐부 (2) 의 화상을 짧은 시간 간격으로 2 장 이상 촬상하고, 이 2 장의 화상을 비교하여 평행 이동한 부분과 그렇지 않은 부분을 식별하면, 평행 이동하지 않는 부분을 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 로서 판별할 수 있다.When the abutting
이와 같은, 평행 이동한 부분과 그렇지 않은 부분을 식별하는 방법으로서 옵티컬 플로우법이 알려져 있다 (비특허문헌 1 참조). 이 옵티컬 플로우법은, 2 장의 화상의 시간적 구배 또는 공간적 구배를 수치 미분함으로써, 그 화상의 각 점이 평행 이동한 방향 및 양을 표현하는 벡터 (이른바 운동 벡터 (motion vector)) 를 산출하는 것으로, 예를 들어 OpenCV 등의 프로그램에 의해 산출 방법이 실장되어 있다.An optical flow method is known as a method of identifying such a portion that has moved in parallel and a portion that is not parallel (see Non-Patent Document 1). This optical flow method calculates a vector (so-called motion vector) expressing the direction and amount of parallel movement of each point of the image by numerically differentiating a temporal gradient or a spatial gradient of two images, The calculation method is implemented by a program such as OpenCV.
[화상 처리 장치][Image processing apparatus]
이하, 도 2 를 참조하여, 이 옵티컬 플로우법을 이용하여 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 위치를 특정하는 화상 처리 장치 (6) 에 대해 설명한다. 도 2 는, 화상 처리 장치 (6) 가 실시하는 처리를 설명하는 기능 블록도이다. 또한, 본 발명의 실시에는, 화상 처리 장치 (6) 가 실시하는 처리를 상기 서술한 예의 OpenCV 등을 이용한 소프트웨어로서 실장하는 것도, 하드웨어로서 실장하는 것도, 소프트웨어와 하드웨어를 조합하여 실장하는 것도 가능하다.Hereinafter, with reference to Fig. 2, an
도 2 에 나타내는 바와 같이, 화상 처리 장치 (6) 는, 화상 취득 수단 (61), 화상 지연 수단 (62), 운동 벡터 분포 산출 수단 (63), 반송 방향 성분 산출 수단 (64), 전체 평균 산출 수단 (65), 차분 산출 수단 (66), 및 중심 산출 수단 (67) 을 구비한다.2, the
화상 취득 수단 (61) 은, 촬상 장치 (5) 가 취득한 화상 신호를 화상화하기 위한 수단이다. 예를 들어, 촬상 장치 (5) 로부터 화상 처리 장치 (6) 에 입력되는 화상 신호가 아날로그 신호이면, 화상 취득 수단 (61) 은, AD 컨버터에 의해 화상 신호를 디지털 신호로 변환하고, 촬상 장치 (5) 가 촬상한 화상을 화상 프레임으로 구성한다.The
화상 지연 수단 (62) 은, 화상 취득 수단 (61) 이 구성한 화상 프레임을 일시 기억하기 위한 프레임 버퍼이다. 옵티컬 플로우법은, 시간 간격을 두고 촬상된 2 장의 화상을 사용하는 산출 방법이므로, 화상 지연 수단 (62) 이 1 장의 화상 또는 2 장의 화상을 일시 기억함으로써, 시간 간격을 두고 촬상된 2 장의 화상을 동시에 처리하는 것을 가능하게 한다.The image delaying means 62 is a frame buffer for temporarily storing the image frame constituted by the
운동 벡터 분포 산출 수단 (63) 은, 화상 지연 수단 (62) 에 일시 기억된 2 장의 화상 프레임에 기초하여, 또는 화상 지연 수단 (62) 에 일시 기억된 2 장의 화상 프레임과 화상 취득 수단 (61) 이 구성한 화상 프레임에 기초하여, 옵티컬 플로우 분포를 산출한다. 즉, 시간 간격을 두고 촬상된 2 장의 화상의 시간적 구배 또는 공간적 구배를 수치 미분함으로써, 화상의 각 점에 대응한 벡터를 산출한다 (도 6 참조). 이 벡터는, 화상의 각 점이 평행 이동한 방향 및 양을 표현한 것으로 되어 있다. 또한, 운동 벡터 분포 산출 수단 (63) 이 실시하는 옵티컬 플로우 분포의 산출은, 화상 프레임의 각 화소에 대해 산출해도 되지만, 화상 프레임을 적절한 크기의 영역으로 구분하여 산출하는 것이어도 상관없다.The motion vector distribution calculating means 63 calculates the motion vector distribution calculating means 63 based on the two image frames temporarily stored in the image delaying means 62 or the two image frames temporarily stored in the image delaying means 62, Based on the thus constructed image frame, the optical flow distribution is calculated. That is, a vector corresponding to each point of the image is calculated by numerically differentiating the temporal or spatial gradient of the two images taken at time intervals (see Fig. 6). This vector expresses the direction and amount in which each point of the image moves in parallel. The calculation of the optical flow distribution performed by the motion vector distribution calculating means 63 may be performed for each pixel of the image frame, but the image frame may be calculated by dividing the image frame into regions of appropriate size.
반송 방향 성분 산출 수단 (64) 은, 운동 벡터 분포 산출 수단 (63) 에 의해 산출된 옵티컬 플로우 분포로부터 수직 방향 (용접 강관 (1) 의 반송 방향) 의 성분만을 추출한다. 또한, 반송 방향 성분 산출 수단 (64) 에 의해 산출된 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분은 후단에서도 사용되므로, 반송 방향 성분 산출 수단 (64) 은, 산출된 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분을 일시 기억하는 기능도 갖는다.The transporting direction component calculating means 64 extracts only the component in the vertical direction (the conveying direction of the welded steel pipe 1) from the optical flow distribution calculated by the motion vector distribution calculating means 63. Since the vertical component of the optical flow distribution calculated by the transporting direction component calculating means 64 is also used at the rear end, the transporting direction component calculating means 64 also has the function of temporarily storing the vertical component of the calculated optical flow distribution .
전체 평균 산출 수단 (65) 은, 반송 방향 성분 산출 수단 (64) 에 의해 산출된 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분을 평균화한다. 즉, 전체 평균 산출 수단 (65) 은, 반송 방향 성분 산출 수단 (64) 에 의해 산출된 화상의 각 점에 대응한 벡터의 수직 성분을, 화상의 각 점에 관하여 평균하고, 그 평균값을 화상의 각 점에 대응시키는 분포를 산출한다. 이 산출된 평균값은, 용접 강관 (1) 의 반송 속도에 상당하는 값으로 되어 있다.The overall average calculation means 65 averages the vertical components of the optical flow distribution calculated by the transportation direction component calculation means 64. [ That is, the overall average calculating means 65 averages the vertical component of the vector corresponding to each point of the image calculated by the carrying direction component calculating means 64 with respect to each point of the image, And a distribution corresponding to each point is calculated. The calculated average value is a value corresponding to the conveying speed of the welded steel pipe 1.
차분 산출 수단 (66) 은, 반송 방향 성분 산출 수단 (64) 에 의해 산출된 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분과, 전체 평균 산출 수단 (65) 에 의해 산출된 평균값을 화상의 각 점마다 차분한다 (이하 이 차분에 의해 얻어진 화상을 평균 편차도라고 한다). 즉, 차분 산출 수단 (66) 은, 반송 방향 성분 산출 수단 (64) 에 의해 산출된 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분으로부터, 용접 강관 (1) 의 반송 속도에 상당하는 값을 감소시킴으로써, 용접 강관 (1) 의 반송 이동과는 상이한 거동을 하고 있는 부분을 추출한다.The difference calculation means 66 calculates the difference between the vertical component of the optical flow distribution calculated by the transportation direction component calculation means 64 and the average value calculated by the total average calculation means 65 for each point of the image The image obtained by this difference is referred to as an average deviation degree). That is, the difference calculating means 66 reduces the value corresponding to the conveying speed of the welded steel pipe 1 from the vertical component of the optical flow distribution calculated by the conveying direction component calculating means 64, ) Is different from the conveying movement of the sheet.
중심 산출 수단 (67) 은, 차분 산출 수단 (66) 에 의해 산출된 차분값의 분포로부터 중심을 산출하고, 용접 강관 (1) 의 반송 이동과는 상이한 거동을 하고 있는 부분의 대표점을 특정하는 조사부 특정 수단이다. 즉, 차분 산출 수단 (66) 에 의해 산출된 차분값이 제로가 되지 않는 점은 1 점이라고는 할 수 없고, 어느 정도의 영역을 가지므로, 중심 산출 수단 (67) 은, 이 차분값으로 가중을 한 중심을 산출함으로써 대표점을 정한다. 그리고, 전술한 바와 같이 용접 강관 (1) 의 반송 이동과는 상이한 거동을 하고 있는 부분이 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 에 해당하고 있을 것이므로, 중심 산출 수단 (67) 에 산출된 대표점이 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 중심점이다.The center calculating means 67 calculates the center from the distribution of the difference value calculated by the difference calculating means 66 and calculates the center of the welded steel pipe 1 by using an irradiation portion It is a specific means. That is, since the difference value calculated by the difference calculating means 66 does not become zero, it can not be regarded as one point, and since the difference value has a certain extent, the center calculating means 67 calculates the difference The representative point is determined by calculating the center. As described above, since the part of the welded steel pipe 1, which behaves differently from the carrying movement of the welded steel pipe 1, corresponds to the irradiation part 4 of the laser 3 for welding, the representative point calculated in the center- Is the center point of the irradiation section 4 of the laser 3 for welding.
최종적으로, 상기와 같이 중심 산출 수단 (67) 에 의해 산출된 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 중심점의 위치 정보는, 표시 장치 (7) 에 송신되어, 표시 장치 (7) 의 표시 화면에 표시된다.Finally, the positional information of the center point of the irradiation unit 4 of the welding laser 3 calculated by the
[용접 위치 검출 방법의 처리 플로우][Processing Flow of Welding Position Detection Method]
다음으로, 도 3 을 참조하면서, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 방법에 대해 설명한다.Next, with reference to Fig. 3, a description will be made of a welding position detecting method of laser welding according to the first embodiment of the present invention.
도 3 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 방법을 나타내는 플로우 차트이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 방법의 최초의 단계로서, 촬상 장치 (5) 가 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 1 장째의 화상 (이하 이것을 화상 Ⅰ 로 한다) 의 촬상을 실시한다 (단계 S1).3 is a flowchart showing a welding position detection method of laser welding according to the first embodiment of the present invention. 3, in the first step of the welding position detecting method of laser welding according to the embodiment of the present invention, the
그리고, 촬상 장치 (5) 가 화상 Ⅰ 을 촬상한 후, 소정 시간 간격의 대기를 하고 (단계 S2), 촬상 장치 (5) 가 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 2 장째의 화상 (이하 이것을 화상 Ⅱ 로 한다) 의 촬상을 실시한다 (단계 S3).After the
그 후, 화상 Ⅰ 및 화상 Ⅱ 는, 화상 처리 장치 (6) 에 송신되고, 화상 처리 장치 (6) 의 운동 벡터 분포 산출 수단 (63) 이 화상 Ⅰ 및 화상 Ⅱ 로부터 옵티컬 플로우 분포를 산출한다 (단계 S4). 또한, 화상 처리 장치 (6) 의 반송 방향 성분 산출 수단 (64) 이 옵티컬 플로우 분포의 수직 방향 성분을 산출하고 (단계 S5), 화상 처리 장치 (6) 의 전체 평균 산출 수단 (65) 이 옵티컬 플로우 분포의 수직 방향 성분의 화상 전체에 있어서의 평균을 산출한다 (단계 S6). 그리고, 화상 처리 장치 (6) 의 차분 산출 수단 (66) 은, 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분과 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분의 전체 평균으로부터 평균 편차도를 산출한다 (단계 S7).Thereafter, the image I and the image II are transmitted to the
최종적으로, 화상 처리 장치 (6) 의 중심 산출 수단 (67) 이 평균 편차도로부터 2 차원 중심을 연산하여, 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 중심점을 특정한다 (단계 S8).Finally, the center calculating means 67 of the
실시예Example
이하, 상기 설명한 본 발명의 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 방법을 실제의 용접 강관 (1) 에 있어서의 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 화상을 사용하여 설명한다.Hereinafter, the welding position detection method of laser welding according to the embodiment of the present invention described above will be described with reference to the image of the irradiation section 4 of the welding laser 3 in the actual welded steel pipe 1.
도 4 및 도 5 는, 실제의 용접 강관 (1) 에 있어서의 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 및 그 주변을 촬상한 연속된 2 프레임의 화상이다. 도 4 및 도 5 에 나타내는 연속된 2 프레임의 화상의 시간 간격은 비디오 레이트와 동일한 1/30 초이지만, 본 실시예에 있어서의 강관의 동일 지점의 시야 내의 이동량은 화살표 A 로 나타낸 용접 강관의 모양의 움직임으로부터 알 수 있는 바와 같이, 반송 방향의 시야에 비해 충분히 작아 옵티컬 플로우 연산에 필요한 촬상의 조건을 만족하고 있다. 도 4 에 나타내는 화상이 상기 처리 플로우에 있어서의 화상 Ⅰ 에 상당하고, 도 5 에 나타내는 화상이 상기 처리 플로우에 있어서의 화상 Ⅱ 에 상당한다.Figs. 4 and 5 are two consecutive frames of an image of the irradiating portion 4 of the welding laser 3 and its vicinity in the actual welded steel pipe 1. Fig. The time interval of the images of two consecutive frames shown in Figs. 4 and 5 is 1/30 second, which is the same as the video rate. However, the amount of movement in the visual field at the same point of the steel pipe in this embodiment is the shape of the welded steel pipe It is sufficiently smaller than the field of view in the transport direction and satisfies the imaging conditions necessary for the optical flow calculation. The image shown in Fig. 4 corresponds to the image I in the above-mentioned processing flow, and the image shown in Fig. 5 corresponds to the image II in the above-mentioned processing flow.
도 4 및 도 5 를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 화살표 A 로 나타낸 용접 강관 (1) 자체의 모양은 용접 강관 (1) 의 반송을 따라 이동하고 있는 반면, 화살표 B 로 나타낸 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 위치는 이동하고 있지 않다.4 and 5, the shape of the welded steel pipe 1 itself indicated by the arrow A moves along the conveyance of the welded steel pipe 1, while the shape of the welded laser pipe 1 indicated by the arrow B The position of the irradiating unit 4 is not moved.
도 6 은, 도 4 및 도 5 에 나타내는 화상으로부터 산출한 옵티컬 플로우 분포를, 도 5 에 나타내는 화상에 중첩하여 표시한 도면이다. 또한, 도 6 에 나타낸 옵티컬 플로우 분포의 산출에 있어서 사용된 연산 단위는, 도 4 및 도 5 에 나타내는 화상의 수평 방향으로 32 분할 또한 수직 방향으로 24 분할한 영역이다.Fig. 6 is a diagram showing the optical flow distribution calculated from the images shown in Figs. 4 and 5, superimposed on the image shown in Fig. 5. Fig. The calculation unit used in the calculation of the optical flow distribution shown in Fig. 6 is an area obtained by dividing into 32 in the horizontal direction and 24 in the vertical direction of the image shown in Figs.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 이외의 부분은, 반송에 의한 평행 이동에서 기인하는 동일한 방향의 벡터가 되지만, 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 부분은, 벡터의 크기도 작고 방향도 제각각이다.6, the portion of the welding laser 3 other than the irradiation portion 4 becomes a vector in the same direction caused by the parallel movement due to transportation. However, as shown in Fig. 6, The portion has a small vector size and a different direction.
도 7 은, 도 6 에 나타내는 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분 (Vy) 의 크기를 농담 분포로 나타낸 개요도이다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 용접 강관 (1) 의 맞댐부 (2) 이외에는, 농담 분포의 농도 (요컨대 Vy 의 크기) 가 거의 균일해지는 반면, 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 위치는 극단적으로 농도가 높다 (요컨대 Vy 가 작다).Fig. 7 is a schematic diagram showing the magnitude of the vertical component (Vy) of the optical flow distribution shown in Fig. 6 as a distribution of shading. 7, the concentration of the density distribution (that is, the magnitude of Vy) of the welded steel pipe 1 other than the abutting
도 8 은, 도 6 에 나타내는 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분과 옵티컬 플로우 분포의 수직 성분의 전체 평균으로부터 산출된 평균 편차도의 개요도이다. 평균 편차도는 전체 평균으로부터의 편차를 나타내고 있으므로, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 용접 강관 (1) 의 맞댐부 (2) 도 어느 정도의 값을 갖지만, 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 의 값이 극단적으로 높다. 따라서, 도 8 에 나타내는 평균 편차도로부터 2 차원 중심을 산출함으로써, 용접용 레이저 (3) 의 조사부 (4) 를 특정할 수 있는 것을 알 수 있다.Fig. 8 is a schematic diagram of the average deviation calculated from the average of the vertical component of the optical flow distribution shown in Fig. 6 and the average of the vertical components of the optical flow distribution. 8, the abutting
이상으로부터, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치는, 용접 강관 (1) 에 용접용 레이저 (3) 를 조사한 조사부 (4) 및 그 주위의 용접 강관 (1) 을 소정 시간 간격을 두고 촬상하는 촬상 장치 (5) 와, 촬상 장치 (5) 에 의해 취득한 2 장 이상의 화상으로부터 그 화상의 각 점이 평행 이동한 방향 및 양을 산출하는 화상 처리를 실시함으로써, 용접용 레이저 (3) 를 조사한 조사부 (4) 의 위치를 특정하는 화상 처리 장치 (6) 와, 화상 처리 장치 (6) 에 의해 특정된 용접용 레이저 (3) 를 조사한 조사부의 위치를 표시하는 표시 장치 (7) 를 구비하므로, 촬상된 화상 중에 있어서 레이저의 조사 위치의 휘도가 최대라는 전제를 두지 않고, 신뢰도가 높은 레이저 용접의 용접 위치의 검출을 할 수 있다.As described above, in the welding position detecting device for laser welding according to the first embodiment of the present invention, the welding portion 4 irradiated with the welding laser beam 3 to the welded steel pipe 1 and the welded steel pipe 1 around the irradiated portion 4 By performing image processing for calculating directions and amounts of respective points of the image moved in parallel from two or more images acquired by the
[제 2 실시형태의 용접 위치 검출 장치][Welding Position Detection Apparatus of Second Embodiment]
도 9 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치를 나타내는 구성도이다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치는, 용접 강관 (1) 의 맞댐부 (2) 에 용접용 레이저 (3) 를 조사한 조사부 (4) 및 그 주위를 촬상하는 촬상 장치 (5) 와, 촬상 장치 (5) 에 의해 취득된 촬상 신호로부터 화상을 합성하여 화상 처리를 실시하는 화상 처리 장치 (6) 와, 화상 처리 장치 (6) 에 의해 화상 처리가 실시된 화상을 표시하는 표시 장치 (7) 와, 조사부 (4) 를 조명하는 단파장 광원 (8) 과, 촬상 장치 (5) 의 전단에 배치된 단파장 광원 (8) 의 파장을 투과하는 투과 특성을 갖는 대역 필터 (9) 를 구비한다.9 is a configuration diagram showing a welding position detecting device for laser welding according to a second embodiment of the present invention. 9, the welding position detecting device for laser welding according to the second embodiment of the present invention includes an irradiating part 4 irradiating a welding laser 3 onto an
도 9 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치와 공통된 구성 요소가 많다. 따라서, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치에 있어서는, 공통된 구성 요소의 설명을 생략한다.As shown in Fig. 9, the welding position detecting device for laser welding according to the second embodiment of the present invention has many components common to the welding position detecting device for laser welding according to the first embodiment of the present invention. Therefore, in the welding position detecting device for laser welding according to the second embodiment of the present invention, the description of the common components will be omitted.
조사부 (4) 를 조명하는 단파장 광원 (8) 은, 800 ㎚ 에서 900 ㎚ 까지의 범위의 단파장 광을 사출하는 광원 (optical source) 이다. 이 단파장 광원 (8) 으로는, 백색 광원을 대역 필터로 파장 제한한 것이어도 되지만, 소형이고 강력한 광의 조사를 할 수 있으므로, 반도체 레이저 광원이 바람직하다. 예를 들어, 800 ㎚ 에서 900 ㎚ 까지의 범위의 단파장 광을 사출하는 광원으로서 808 ㎚ 의 적외선 레이저 다이오드를 사용할 수 있다.The short wavelength
한편, 촬상 장치 (5) 의 전단에 배치된 단파장 광원 (8) 의 파장을 투과하는 투과 특성을 갖는 대역 필터 (9) 는, 박막 유전체 방식의 간섭 필터 등의 일반적으로 유통되고 있는 필터를 사용할 수 있다. 또한, 단파장 광원 (8) 으로는, 대역 필터로 파장 제한한 백색 광원을 사용하는 경우에는, 이 대역 필터와 촬상 장치 (5) 의 전단에 배치된 대역 필터 (9) 를 동일 종의 필터로 하면, 단파장 광원 (8) 의 파장을 투과하는 투과 특성을 갖는다는 요건을 자동적으로 만족한다.On the other hand, a band filter 9 having a transmission characteristic that transmits the wavelength of the short wavelength
이하, 도 10 을 참조하면서, 단파장 광원 (8) 은 파장이 800 ㎚ 에서 900 ㎚ 사이인 단파장 광을 사출하는 광원인 것이 바람직한 이유를 설명한다.Hereinafter, with reference to Fig. 10, the reason why the short wavelength
도 10 은, 용접 강관 (1) 의 용접부의 발광 스펙트럼을 실측한 광 강도의 그래프이다. 도 10 에 나타내는 바와 같이, 용접에 있어서는 외란이 되는 발광 현상이 발생한다. 이들 발광 현상의 요인이 되는 것으로서, 플라즈마나 용접흄 등이 있다. 또한, 플라즈마는, 레이저 조사 위치로부터 자욱이 끼는 금속 증기와 레이저 광의 상호 작용으로 외란광을 발생시키고, 용접흄은, 용접시에 발생하는 증발된 금속이 대기 중에서 냉각되어 발생하는 미세한 광물성 분진으로, 이 용접흄도 레이저 광의 상호 작용에 의해 외란광을 발생시킨다. 도 10 에 나타내는 바와 같이, 이들 외란광의 발광 파장은 파장이 800 ㎚ 이하인 성분이 많다.10 is a graph of light intensity obtained by measuring the emission spectrum of the welded portion of the welded steel pipe 1. As shown in Fig. As shown in Fig. 10, a disturbing luminescence phenomenon occurs in welding. Plasma and welding fumes are factors that cause these luminescent phenomena. Further, the plasma generates extraneous light by interaction between the metal vapor and the laser light stuck to the laser irradiation position, and the welding fume is fine mineral dust generated by cooling the evaporated metal generated in the atmosphere in the atmosphere, Also generates disturbance light by the interaction of laser light. As shown in Fig. 10, there are many components whose wavelengths are 800 nm or less in emission wavelength of these disturbance light.
한편, 촬상 장치 (5) 로서 사용되는 CCD 카메라 등의 촬상 감도는, 900 ㎚ 이상의 적외선 영역에서 저하된다. 그래서, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치는, 단파장 광원 (8) 으로서 파장이 800 ㎚ 에서 900 ㎚ 사이인 단파장 광을 사출하는 광원을 사용하고 있다.On the other hand, the imaging sensitivity of a CCD camera or the like used as the
또한, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치를 사용한 레이저 용접의 용접 위치 검출 방법은, 제 1 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치를 사용한 레이저 용접의 용접 위치 검출 방법과 동일한 처리 순서이므로, 여기서는 생략하는 것으로 한다.The welding position detection method of laser welding using the welding position detection device for laser welding according to the second embodiment of the present invention is characterized in that the welding position detection of laser welding using the laser welding position detection device according to the first embodiment And therefore, they are omitted here.
이상으로부터, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치는, 용접 강관 (1) 에 용접용 레이저 (3) 를 조사한 조사부 (4) 및 그 주위의 용접 강관 (1) 을 소정 시간 간격을 두고 촬상하는 촬상 장치 (5) 와, 촬상 장치 (5) 에 의해 취득한 2 장 이상의 화상으로부터 그 화상의 각 점이 평행 이동한 방향 및 양을 산출하는 화상 처리를 실시함으로써, 용접용 레이저 (3) 를 조사한 조사부 (4) 의 위치를 특정하는 화상 처리 장치 (6) 와, 화상 처리 장치 (6) 에 의해 특정된 용접용 레이저 (3) 를 조사한 조사부의 위치를 표시하는 표시 장치 (7) 와, 조사부 (4) 및 그 주위의 용접 강관 (1) 에 800 ㎚ 에서 900 ㎚ 까지의 범위의 단파장 광을 조사하는 단파장 광원 (8) 과, 단파장 광원 (8) 의 파장을 투과하는 투과 특성을 갖고, 촬상 장치 (5) 와 조사부 (4) 사이에 배치된 대역 필터 (9) 를 구비하므로, 촬상된 화상 중에 있어서 레이저의 조사 위치의 휘도가 최대라는 전제를 두지 않음과 함께, 플라즈마나 용접흄 등등의 외란의 영향을 억제하면서, 신뢰도가 높은 레이저 용접의 용접 위치의 검출을 할 수 있다.As described above, in the welding position detecting device for laser welding according to the second embodiment of the present invention, the welding portion 4 irradiated with the welding laser 3 on the welded steel pipe 1 and the welded steel pipe 1 around the irradiated portion 4, By performing image processing for calculating directions and amounts of respective points of the image moved in parallel from two or more images acquired by the image pickup device 5 by performing image processing for obtaining images at intervals of time, An image processing apparatus 6 for specifying the position of the irradiation section 4 irradiated with the welding laser 3 specified by the image processing apparatus 6 and a display device 7 for displaying the position of the irradiation section irradiated with the welding laser 3 specified by the image processing apparatus 6, A short wavelength light source 8 for irradiating the irradiated portion 4 and the welded steel pipe 1 around the irradiated portion 4 with a short wavelength light in the range of 800 nm to 900 nm and a short wavelength light source 8 for transmitting the wavelength of the short wavelength light source 8 (5) and an irradiation unit (4) The provision of the band filter 9 disposed thereon makes it impossible to set the maximum luminance of the irradiated position of the laser in the captured image and to suppress the influence of disturbances such as plasma and welding fumes, Can be detected.
산업상 이용가능성Industrial availability
이상과 같이, 본 발명에 관련된 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치 및 용접 위치 검출 방법은, 레이저 용접의 용접 위치의 검출에 유용하고, 특히 용접 강관의 제조에 있어서의 레이저 용접의 용접 위치의 검출에 적합하다.As described above, the welding position detecting device and the welding position detecting method of laser welding according to the present invention are useful for detecting the welding position of laser welding, and particularly suitable for detecting the welding position of laser welding in the production of welded steel pipe Do.
1 : 용접 강관
2 : 맞댐부
3 : 용접용 레이저
4 : 조사부
5 : 촬상 장치
6 : 화상 처리 장치
7 : 표시 장치
8 : 단파장 광원
9 : 대역 필터
61 : 화상 취득 수단
62 : 화상 지연 수단
63 : 운동 벡터 분포 산출 수단
64 : 반송 방향 성분 산출 수단
65 : 전체 평균 산출 수단
66 : 차분 산출 수단
67 : 중심 산출 수단1: welded steel pipe
2:
3: Laser welding
4:
5:
6: Image processing device
7: Display device
8: short wavelength light source
9: Bandpass filter
61: Image acquiring means
62: image delay means
63: Motion vector distribution calculating means
64: conveying direction component calculating means
65: total average calculating means
66: Difference calculation means
67: central calculation means
Claims (4)
상기 촬상 장치에 의해 취득한 2 장 이상의 화상으로부터 그 화상의 각 점이 평행 이동한 방향 및 양을 산출하는 화상 처리를 실시하고, 그 산출한 상기 각 점이 평행 이동한 방향 및 양에 기초하여 상기 용접재의 반송 이동과는 상이한 거동을 하고 있는 부분을 추출함으로써, 상기 용접용 레이저를 조사한 조사부의 위치를 특정하는 화상 처리 장치와,
상기 화상 처리 장치에 의해 특정된 상기 용접용 레이저를 조사한 조사부의 위치를 표시하는 표시 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치.An image pickup device for picking up an irradiating part irradiated with a laser for welding to a welding material transported and moved and a welding material around the irradiating part at predetermined time intervals,
An image processing for calculating a direction and an amount in which each point of the image is parallel moved from two or more images acquired by the image pickup device is performed, and based on the calculated direction and amount of each of the points, An image processing apparatus for extracting a part having a different behavior from the moving part to specify the position of the irradiation part irradiated with the welding laser,
And a display device for displaying the position of the irradiation part irradiated with the welding laser specified by the image processing device.
상기 조사부 및 그 주위의 용접재에 800 ㎚ 에서 900 ㎚ 까지의 범위의 단파장 광을 조사하는 단파장 광원과,
상기 단파장 광원의 파장을 투과하는 투과 특성을 갖고, 상기 촬상 장치와 상기 조사부 사이에 배치된 대역 필터를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치.The method according to claim 1,
A short wavelength light source for irradiating a short wavelength light in the range of 800 nm to 900 nm to the irradiation part and the welding material around the irradiation part,
Further comprising a band filter disposed between the imaging device and the irradiating unit and having a transmission characteristic that transmits a wavelength of the short wavelength light source.
상기 화상 처리 장치는,
상기 촬상 장치에 의해 취득한 2 장 이상의 화상으로부터, 그 화상의 각 점이 평행 이동한 방향 및 양의 분포를 산출하는 운동 벡터 분포 산출 수단과,
상기 각 점이 평행 이동한 방향 및 양의 분포로부터 상기 용접재의 반송 방향 성분을 산출하는 반송 방향 성분 산출 수단과,
상기 각 점이 평행 이동한 방향 및 양의 분포의 상기 용접재의 반송 방향 성분의 화상 전체에 관한 평균을 산출하여 상기 용접재의 반송 속도 성분을 산출하는 전체 평균 산출 수단과,
상기 각 점이 평행 이동한 방향 및 양의 분포와 상기 용접재의 반송 속도 성분의 차분을 산출하여 평균 편차를 취득하는 차분 수단과,
상기 평균 편차로부터 상기 용접용 레이저를 조사한 조사부의 위치를 특정하는 조사부 특정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접의 용접 위치 검출 장치.3. The method according to claim 1 or 2,
The image processing apparatus includes:
Motion vector distribution calculating means for calculating, from two or more images acquired by the image pickup apparatus, a distribution in which directions of respective points of the image are parallel moved and a positive distribution;
A conveying direction component calculating means for calculating a conveying direction component of the weld material from a direction in which each point is moved in parallel and a positive amount;
Total average calculating means for calculating an average of all of the images of the welding direction of the welding material in a direction and a positive distribution in which the points are moved in parallel,
Difference means for calculating an average deviation by calculating a difference between a direction and a positive distribution of each point in parallel movement and a conveying speed component of the weld material,
And an irradiating unit specifying means for specifying a position of the irradiating portion irradiated with the welding laser from the average deviation.
상기 촬상 단계에 의해 취득한 2 장 이상의 화상으로부터 그 화상의 각 점이 평행 이동한 방향 및 양을 산출하는 화상 처리를 실시하고, 그 산출한 상기 각 점이 평행 이동한 방향 및 양에 기초하여 상기 용접재의 반송 이동과는 상이한 거동을 하고 있는 부분을 추출하는 상기 용접용 레이저를 조사한 조사부의 위치를 특정하는 화상 처리 단계와,
상기 화상 처리 단계에 의해 특정된 상기 용접용 레이저를 조사한 조사부의 위치를 표시하는 표시 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접의 용접 위치 검출 방법.An image pickup step of picking up an irradiation part irradiated with a laser for welding on a welding material transported and moved and a welding material around the irradiation part,
Image processing is performed to calculate the direction and amount of parallel movement of each point of the image from the two or more images acquired by the imaging step, and based on the calculated direction and amount of the parallel movement of the respective points, An image processing step of specifying a position of an irradiation part irradiating the welding laser for extracting a part having a different behavior from the moving part,
And a display step of displaying a position of an irradiation part irradiated with the welding laser specified by the image processing step.
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